Tài liệu Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc ngược bùn sinh học

  • Số trang: 101 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 113 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC BẰNG MÔ HÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC KẾT HỢP LỌC NGƯỢC BÙN SINH HỌC (UPFLOW SLUDGE BLANKET FILTRATION - USBF) Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS TRƯƠNG THANH CẢNH Sinh viên thực hiện MSSV: 0851110232 : NGUYỄN CHÍNH THỐNG Lớp: 08DSH5 TP. Hồ Chí Minh, 2012 BM05/QT04/ĐT Khoa: Môi trường & CNSH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Phiếu này được dán ở trang đầu tiên của quyển báo cáo ĐATN) 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: Nguyễn Chính Thống - MSSV: 0851110232 - Lớp: 08DSH5 Ngành : Công Nghệ Sinh Học Chuyên ngành : Công Nghệ Sinh Học 2. Tên đề tài : Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc ngược bùn sinh học (Upflow Sludge Blanket Filtration – USBF) 3. Các dữ liệu ban đầu : Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, N – NH 3 , N – NO 2 -, N – NO 3 - trong nước rỉ rác bằng mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc ngược bùn sinh học USBF 4. Các yêu cầu chủ yếu : - Thu thập tổng hợp tài liệu nước rỉ rác trên thế giới và Việt Nam. - Nghiên cứu và vận hành mô hình bể USBF trong phòng thí nghiệm. - Phân tích các chỉ tiêu COD và nitrat hóa, khử nitrat của mẫu nước rỉ rác trước và sau thí nghiệm 5. Kết quả tối thiểu phải có: 1) Hiệu quả xử lý COD và nitrat hóa, khử nitrat của mẫu nước rỉ rác. 2) Đánh giá sự thích hợp của mô hình USBF khi áp dụng xử lý nước rỉ rác. Ngày giao đề tài: 02/05/2012 Chủ nhiệm ngành (Ký và ghi rõ họ tên) Ngày nộp báo cáo: 21/07/2012 TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nước ta đang trong thời kỳ phát triển kinh tế - xã hội, quá trình công nghiệp hóa đòi hỏi yêu cầu phát triển bền vững, trong đó bao hàm với bảo vệ môi trường.Cùng với chất lượng cuộc sống của người dân ngày càng được cải thiện thì vấn đề môi trường lại càng được quan tâm, đặc biệt là rác thải và nước thải. Với dân số đạt 87.84 triệu người đứng ở vị trí thứ 13 thế giới (Tổng Cục Thống Kê, 2011) thì rác thải sinh ra từ mọi hoạt động của con người ngày càng tăng về khối lượng. Hầu hết rác thải ở nước ta nói chung và Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng đều chưa được phân loại tại nguồn, do đó gây rất nhiều khó khăn trong quản lý và xử lý, đồng thời còn sinh ra một loại nước thải đặc biệt ô nhiễm là nước rỉ rác. Theo thống kê của Sở Tài nguyên - Môi trường thành phố Hồ Chí Minh (2011) thì có khoảng 7.000 tấn chất thải rắn sinh hoạt phát sinh mỗi ngày, phương pháp xử lý duy nhất được áp dụng ở Việt Nam nói chung và ở thành phố Hồ Chí Minh nói riêng là chôn lấp. Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có 4 bãi chôn lấp (BCL) trong đó có 2 BCL đã ngừng tiếp nhận rác là Đông Thạnh và Gò Cát và 2 BCL đang hoạt động là Đa Phước và Phước Hiệp. Tổng khối lượng rác đã được chôn lấp tại 2 BCL trên đã lên đến con số 7.900.000 tấn, trong đó Đa Phước là 3.500.000 tấn, và Phước Hiệp là 4.500.000 tấn. Sự quá tải đó đã dẫn đến những hậu quả về mặt môi trường, như mùi phát sinh từ các BCL phát tán hàng vào các khu vực dân cư xung quanh. Ngoài ra một vấn đề nghiêm trọng nữa là sự tồn đọng của hàng trăm ngàn mét khối nước rỉ rác tại các BCL. Lượng nước rỉ rác phát sinh thêm mỗi ngày khoảng 1.000 - 1.500m3 tại các BCL đang là vấn đề cần được giải quyết. Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao mà việc xử lý nước rỉ rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như xử lý cơ học, xử lý hóa - lý, xử lý sinh học để đạt tiêu chuẩn thải. Mặc dù mỗi BCL đều có hệ thống xử lý nước rỉ rác nhưng các phương pháp xử lý nước rỉ rác đang được áp dụng vẫn còn bộc lộ rất nhiều nhược điểm như chất lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, các chỉ tiêu ô nhiễm COD, BOD, N, P, các -1- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF kim loại nặng rất caovà công nghệ xử lý tiêu tốn nhiều hóa chất, giá thành xử lý rất cao, khó kiểm soát, hay công suất xử lý không đạt thiết kế. Việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp mới xử lý nước rỉ rác, thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và điều kiện khí hậu tại nước ta là một bài toán đang được đặt ra trong thời gian gần đây. Mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc dòng ngược bùn sinh học (Upflow Sludge Blanket Filter - USBF)xử lý nước thải là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó có sự kết hợp 3 quá trình Anoxic, Aeration và lọc dòng ngược bùn sinh học trong một đơn vị xử lý nước thải. Công nghệ này được giới thiệu đầu tiên ở Mỹ những năm 1990, sau đó được áp dụng ở châu Âu từ năm 1998 trở lại đây, công nghệ này vẫn chưa được sử dụng nhiều ở Việt Nam. Hy vọng với những tính năng vượt trội của mô hình USBF sẽ được sử dụng rộng rãi, có thể tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng, vận hành hệ thống đơn giản. Dựa trên những cơ sở đó, đề tài “ Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc ngược bùn sinh học (Upflow Sludge Blanket Filtration – USBF)” được hình thành, với mong muốn nghiên cứu tìm ra phương pháp xử lý nước rỉ rác mới đạt hiệu quả cao, thời gian xử lý nhanh, hoá chất dễ tìm và chi phí vận hành không quá lớn, góp phần đa dạng hóa công nghệ xử lý nước rỉ rác. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc ngược bùn sinh hoc (USBF) thông qua các chỉ tiêu ô nhiễm : COD, N-NH 3 , N-NO 3 -, N-NO 2 -. 3. Phạm vi nghiên cứu  Địa điểm nghiên cứu: phòng thí nghiệm phân tích môi trường thuộc viện Khoa Học Công Nghệ Và Quản Lý Môi Trường, trường Đại Học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh. -2- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF 4. Kết cấu của đề tài Kết cấu đồ án tốt nghiệp bao gồm 5 chương: Chương : MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NƯỚC RỈ RÁC Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍNH Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ -3- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NƯỚC RỈ RÁC 1.1. Tổng quan về các bãi chôn lấp rác Hiện nay ở Việt Nam, xử lý chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) đô thị vẫn chủ yếu vẫn là chôn lấp. Thực tế trên địa bàn các thành phố lớn của Việt Nam như: Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh thì tỷ lệ CTRSH đô thị đem chôn lấp chiếm tới 80- 90%. Ví dụ trên địa bàn TP Hà Nội, tỷ lệ CTRSH đô thị đem chôn lấp 73-81%, sản xuất phân Compost <7% và tái chế 12 – 20% (URENCO Hà Nội 2006). Riêng TP.Hồ Chí Minh, ngoài 2 bãi chôn lấp (BCL) là BCL Đông Thạnh và Gò Cát đã ngừng tiếp nhận rác từ năm 2008, hiện chỉ có BCL Phước Hiệp và BCL Đa Phước vẫn còn tiếp nhận rác nhưng ngày càng quá tải. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của các BCL là vấn đề nước rỉ rác phát sinh từ các BCL đang là vấn đề gây bức xúc. Trên địa bàn cả nước có rất ít BCL có trạm xử lý nước rỉ rác.Riêng TP.Hồ Chí Minh thì cả bốn BCL trên đều được nhà nước quan tâm đầu tư xây dựng hiện đại và có hiệu quả xử lý cao đạt TCVN. Hiện nay, lượng rác của thành phố Hồ Chí Minh có khoảng 7.000 tấn (2011) chất thải rắn sinh hoạt phát sinh mỗi ngày đổ dồn về các bãi rác lớn là Đa Phước và Phước Hiệp và một số bãi rác nhỏ tại huyện Củ Chi, Cần Giờ, Nhà Bè. Bãi chôn lấp rác Đông Thạnh BCL Đông Thạnh thuộc xã Đông Thạnh, phía Bắc huyện Hóc Môn, giáp xã Bình Mỹ- Củ Chi. Bãi rác Đông Thạnh bắt đầu hoạt động đổ rác một cách tự phát từ năm 1979. Đến năm 1991, nó chính thức trở thành công trường xử lý rác Đông Thạnh trực thuộc Sở Giao Thông Công Chánh quản lý. Diện tích ban đầu là 10 ha, cho đến nay, tổng diện tích công trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43,5 ha với công suất xử lý khoảng 4000 tấn rác/ngày. Do BCL Đông Thạnh ban đầu hình thành tự phát, không có lớp chống thấm, không có hệ thống thu gom khí và nước rò rỉ… Do đó vấn đề ô nhiễm môi trường ở bãi rác Đông Thạnh khá nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng dân cư và môi trường sống xung quanh. -4- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Theo ước tính, đến nay công trình rác Đông Thạnh còn tồn đọng 600000 m3 nước rò rỉ chưa được xửlý và một lượng nước rò rỉ phát sinh hàng ngày được bơm và lưu trữ tại hồ. Do đặc trưng của nước rò rỉ lưu trữ lâu năm nên việc xử lý rất khó khăn và phức tạp. Hiện nay, BCL Đông Thạnh đã có trạm xử lý nước rỉ rác áp dụng công nghệ sinh học để xử lý. BCL Đông Thạnh đã chính thức đóng cửa vào cuối năm 2002, toàn bộ rác thải Thành Phố chuyển qua BCL Gò Cát.Đến tháng 08/2007, BCL Gò Cát không có khả năng tiếp nhận sau 05 năm hoạt động nên BCL Đông Thạnh lại tái mở cửa.Hiện nay, BCL Đông Thạnh chỉ nhận xà bần với lượng 900 tấn/ngày. BCL Gò Cát Sau nhiều năm thi công, công trường xử lý rác Gò Cát chính thức đi vào hoạt động từ ngày 19/01/2002. Dự án công trường xử lý rác Gò Cát có vốn đấu tư 261 tỷ đồng, trong đó Chính Phủ Hà Lan tài trợ không hoàn lại 60%. BCL Gò Cát đặt tại xã Bình Hưng Hòa – Bình Chánh có diện tích 25 ha được xây dựng theo công nghệ hiện đại nhất tại Việt Nam. Đáy của BCL có tấm lót HDPE- Hight Density Polyethylen dày 2 mm, có hệ thống thu gom khí và tái sử dụng khí để phát điện, có hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác. Công suất thiết kế bãi rác 2000 tấn/ngày. BCL Gò Cát có nhà máy xử lý nước rỉ rác được xây dựng từ năm 2001, do Công ty Gibros chế tạo và Công ty Vemeer – Hà Lan lắp đặt có công suất 17,5 m3/h, bước đầu vận hành chạy thử và đã xử lý xong 6000 m3. Nhưng sau khi BCL Gò Cát chính thức tiếp nhận lượng rác theo thiết kế là 2000 tấn/ngày, đến ngày 27/01/2002 thì bị trục trặc ở hệ thống siêu lọc, công suất giảm còn khoảng 10 m3/h, nước rỉ rác qua xử lý chưa ổn định. Từ 2007 đến nay, nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát đã nghiên cứu và nâng cấp thay thế công nghệ mới do công ty kỹ thuật Seen đề xuất và xây dựng đã cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý với công suất 200 m3/ngày đêm đạt tiêu chuẩn xả thải. Sau 05 năm hoạt động, ngày 01/08/2007, bãi rác Gò Cát chính thức đóng cửa sau hai năm lùi hẹn.Hiện nay, chỉ còn nhà máy xử lý nước rỉ rác Gò Cát hoạt động. BCL Phước Hiệp -5- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF BCL Phước Hiệp đặt tại xã Tam Tân – huyện Củ Chi khởi công xây dựng từ đầu năm 2003 theo công nghệ BCL vệ sinh như BCL Gò Cát. Trạm xử lý nước rỉ rác, tạm thời giải quyết trong giai đoạn đầu, do Centenma lắp đặt cũng đã bắt đầu hoạt động, hệ thống này có công nghệ xử lý nước rỉ rác tương tự như hệ thống xử lý tại BCL Gò Cát. Hiện nay, BCL Phước Hiệp cũng đang trong tình trạng quá tải vì BCL Gò Cát vừa đóng cửa, BCL mới Đa Phước mới bắt đầu hoạt động, gánh nặng của rác thải toàn Thành phố đổ dồn về đây. BCL Đa Phước Trong thời gian BCL Đông Thạnh và Gò Cát đang ngày càng quá tải và có nguy cơ cả TP.Hồ Chí Minh ngập trong rác thì BCL Đa Phước ra đời nhằm giảm bớt áp lực cho các BCL còn lại. BCL Đa Phước bắt đầu đi vào hoạt động vào năm 2008, được xây dựng nằm phía Nam Thành phố thuộc ấp 1 và ấp 2 xã Đa Phước, huyện Bình Chánh, với diện tích 73,64 ha, xung quanh là những con sông, kênh rạch như: sông Rạch Chiếu, sông rạch Bà Lào, rạch Ngã Cạy… Cũng như BCL Gò Cát và Phước Hiệp thì BCL Đa Phước sử dụng công nghệ xử lý nền bằng lớp vật liệu chống thấm HDPE (có tác dụng ngăn không cho nước rỉ rác thấm xuống đất). Nhà máy xử lý nước rỉ rác tại BCL Đa Phước do công ty TNHH xử lý chất thải rắn Việt Nam (VWS) nghiên cứu và xây dựng được chia làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: xây dựng nhà máy xử lý nước rỉ rác đậm đặc với công suất 280 m3/ngày đêm sử dụng công nghệ lọc thẩm thấu ngược kép. Giai đoạn 2: xây dựng nhà máy xử lý nước rỉ rác hòa trộn với nước mưa với công suất 3000m3/ngày đêm sử dụng công nghệ lọc bơm hóa chất. Giai đoạn 3: xây dựng nhà máy xử lý nước rỉ rác có công suất 1000 m3/ngày đêm sử dụng quy trình màng lọc sinh học. 1.2. Tổng quan về nước rỉ rác 1.2.1. Sự hình thành nước rỉ rác Nước rỉ từ bãi rác (nước rỉ rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn hoạt động -6- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa chảy tràn thấm vào BCL và nước ép ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị dầm nén. Nước rỉ rác được hình thành khi độ ẩm của rác vượt quá độ giữ nước.Độ giữ nước của chất thải rắn là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không phát sinh ra dòng thấm hướng xuống, dưới tác dụng của trọng lực.Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực.FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rỉ rác.FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp.Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực. FC có thể tính theo công thức sau : FC = 0,6 − 0,55 W 10000 + W Trong đó : • FC : khả năng giữ nước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của chất thải rắn). • W : khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa chiều cao bãi chôn lấp, pound. Các nguồn chính tạo ra nước rỉ rác bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép. Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rỉ rác sinh ra. Tốc độ phát sinh nước rỉ rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong suốt những năm đầu tiên, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước rỉ rác sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần sau khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật trồng lên trên mặt giữ nước làm giảm độ ẩm thấm vào. -7- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF 1.2.2. Thành phần và tính chất nước rỉ rác Thành phần nước rỉ rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp, loại rác, khí hậu.Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rỉ rác. Thành phần và tính chất nước rỉ rác còn phụ thuộc vào các quá trình lý, hóa, sinh xảy ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau: - Các vi sinh vật ưa ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0-200C. - Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20-400C. - Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạnh ở nhiệt độ 40-700C. -8- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF COD VAF pH Fe, Zn Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 4 Pha 5 Thời gian Hình 1.1. Sự biến thiên các thành phần trong nước rỉrác Trong quá trình hoạt động của bãi rác, các thành phần trong nước rỉ rác biến đổi qua các giai đoạn như sau:(Trương Thanh Cảnh, 2009)  Giai đoạn 1 – giai đoạn thích nghi ban đầu Sau một thời gian ngắn từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại. Giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa sinh hoá thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo và một lượng nhất định chất cellulose. Giai đoạn 1 có thể kéo dài một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy và các vi sinh vật.  Giai đoạn 2 - giai đoạn chuyển tiếp Khi oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy chuyển sang giai đoạn kỵ khí. Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong rác thải thành CH 4 , CO 2 ưu thế theo 3 bước (thủy phân, lên men axit và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit -9- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác (giai đoạn 3). Trong giai đoạn 2, pH của nước rỉ rác sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO 2 tăng lên trong bãi rác.  Giai đoạn 3 - giai đoạn lên men axit Các vi sinh vật kỵ khí trong giai đoạn 2 gia tăng tạo ra một lượng lớn các axit hữu cơ và một lượng ít khí hydro. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình lên men là nhóm vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện cả yếm khí lẫn kỵ khí nghiêm ngặt. Các chất hữu cơ dạng đơn giản, các amino acid, đường… được chuyển hoá thành các axit béo bay hơi (VFA), alcohols, CO 2 và N 2 . Trong giai đoạn này, pH nước rỉ rác thường sẽ giảm xuống 5 hoặc thấp hơn do sự hiện diện các axit hữu cơ và sự gia tăng nồng độ CO 2 trong bãi rác. Giai đoạn3 có thể kéo dài sau một vài năm, thậm chí cả thập niên. Nước rỉ rác tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD 5 cao (>10000 mg/l), BOD 5 /COD > 0,5, tỷ số này cho thấy thành phần chất hữu cơ hoà tan chiếm tỷ lệ cao và dễ bị phân huỷ sinh học.  Giai đoạn 4 – giai đoạn lên men metan Trong giai đoạn này nhóm vi sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành từ giai đoạn trước thành hỗn hợp CH 4 và CO 2 sẽ chiếm ưu thế tạo thành khí của bãi rác. Đây là nhóm vi sinh vật kỵ khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan. Do các axit hữu cơ và H 2 bị chuyển hóa thành metan và carbonic nên pH của nước rỉ rác tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6,8 – 8,0. Giá trị BOD 5 , COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rỉ rác giảm xuống trong giai đoạn này. Trong khi đó, NH 3 vẫn tiếp tục thoát ra bởi quá trình lên men axittheo bậc 1 và có nồng độ rất cao trong nước rỉ rác. Các chất vô cơ như: Fe, Na, K, SO 4 2- và Cl- tiếp tục tan và rỉ ra trong nhiều năm.  Giai đoạn 5 - giai đoạn ổn định - 10 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH 4 , CO 2 trong giai đoạn 4.Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khả năng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục đựơc chuyển hóa.Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH 4 và CO 2. Trong giai đoạn ổn định, nước rỉ rác chủ yếu là axit humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa.Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảm xuống. Bên cạnh các chất ô nhiễm bị phân hủy và hòa tan vào nước rỉ rác, các chất khí từ bãi chôn lấp cũng được hình thành và phát triển vào không khí gây ra hiện tượng nóng lên của trái đất (hiệu ứng nhà kính). Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bãi rác, thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào nước làm tăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rỉ rác. Việc tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rỉ rác là rất khó vì có nhiều yếu tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rỉ rác. Nên tính chất của nước chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng 1.1 - 11 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Bảng 1.1.Các số liệu tiêu biểu về thành phần và tính chất nước rác của các bãi chôn lấp mới và lâu năm. Giá trị, mg/l Thành phần Bãi mới (dưới 2 năm) Khoảng Trung bình Bãi lâu năm ( Trên 10 năm) BOD 5 2.000-55.000 10.000 100-200 TOC 1.500-20.000 6.000 80-160 COD 3.000-90.000 18.000 100-500 Chất rắn hòa tan 10.000-55.000 10.000 1.200 Tổng chất rắn lơ lửng 200-2.000 500 100-400 Nitơ hữu cơ 10 – 800 200 80-120 Amoniac 10 – 800 200 20-40 Nitrat 5 – 40 25 5-10 Tổng lượng photpho 5 – 100 30 5-10 Độ kiềm theo CaCO 3 1.000-20.900 3.000 200-1.000 pH(không có đơn vị) 4,5-7,5 6 6,6-9 Độ cứng theo CaCO 3 300- 25.000 3.500 200-500 Canxi 50-7.200 1.000 100-400 Clorua 200-5.000 500 100-400 Sunphat 50-1.825 300 20-50 Tổng sắt 50-5.000 60 20-200 Nguồn:APHA – AWWA – WPCF, 1995 - 12 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Bảng thống kê các chỉ tiêu của nước rỉ rác trong nhiều năm.Một điều có thể thấy rõ là các thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ bãi rác mới chôn lấp đều cao, đặc biệt ô nhiễm hữu cơ rất cao (COD, BOD 5 cao). Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm. Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chất thải rắn đã được ổn định do các quá trình sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuốn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần khác như BOD 5 , COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH sẽ cao hơn (6,8 - 8,0), đồng thời BOD 5 , COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp đi. Hàm lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kiềm hòa tan. Khả năng phân hủy của nước rỉ rác thay đổi theo thời gian. Khả năng phân hủy sinh học có thể xác định thông qua tỷ lệ BOD 5 /COD. Khi mới chôn lấp tỷ lệ này thường khoảng 0,5 hoặc lớn hơn. Khi tỷ lệ BOD 5 /COD trong khoảng 0,4-0,6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rỉ rác dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi rác lâu năm, tỷ lệ BOD 5 /COD rất thấp, khoảng 0,005 - 0,2. Khi đó nước rỉ rác chứa nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp. Khi thành phần và tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian thì việc thiết kế hệ thống xử lý cũng rất phức tạp. Chẳng hạn như, hệ thống xử lý nước rỉ rác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý của bãi rác lâu năm.Đồng thời, việc phân tích tính chất nước rỉ rác cũng rất phức tạp bởi nước rỉ rác có thể là hỗn hợp của nước ở các thời điểm khác nhau.Từ đó, việc tìm ra công nghệ xử lý thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu thực tế mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả. - 13 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh cùng lúc xảy ra. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại… Sau đây sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉrác : a. Thời gian chôn lấp Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp. Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác giảm dần.Thành phần của nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra.Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan.Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ. Trong giai đọan này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rỉ rác có những đặc điểm sau : - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao. - pH nghiêng về tính axit. - BOD cao. - Tỷ lệ BOD/COD cao. - Nồng độ NH 4 + và nitơ hữu cơ cao. - Vi sinh vật có số lượng lớn. - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan vàkim loại nặng cao. - 14 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này : - Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp. - pH trung tính hoặc kiềm. - BOD thấp. - Tỷ lệ BOD/COD thấp. - Nồng độ NH 4 + thấp. - Vi sinh vật có số lượng nhỏ. - Nồng độ các chất vô cơ hòa tan vàkim loại nặng thấp. Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cũng có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rỉ rác chủ yếu axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhiều vòng thơm. Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rỉ rác nghiêng về tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rỉ rác có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic. Khi bãi rác đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước rỉ rác chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Như vậy, các quá trình phân hủy sinh hóa trong bãi chôn lấp có ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và tính chất nước rỉ rác. Theo thời gian, các quá trình phân hủy trong bãi chôn lấp sẽ có những biến đổi giai đoạn này sang giai đoạn khác làm thay đổi tính chất nước rỉ rác. b. Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn Thành phần chất thải rắn trong bãi chôn lấp rác là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rỉ rác.Khi các quá trình trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rỉ rác - 15 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF cũng có các đặc tính tương tự. Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rỉ rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại… Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chất nước rỉ rác.Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác.Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không. c. Chiều sâu bãi chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm.Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Do đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nếu nướcrỉ rácchứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm. d. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rỉ rác cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rỉ rác sẽ có lưu lượng lớn vànồng độ các chất ô nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rỉ rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ … e. Độ ẩm rác và nhiệt độ Độ ẩm thích hợp các quá trình sinh học xảy ra tốt.Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rỉ rác được hình - 16 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rỉ rác sẽ hình thành nhanh hơn. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rỉ rác. Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn làm giảm lưu lượng nước rỉ rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao hơn. f. Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rãnh và bùn của trạm xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rỉ rác. Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do đó tăng khả năng tạo thành nước rỉ rác. Đồng thời chất dinh dưỡng vàvi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rỉ rác có pH thấp và BOD 5 cao hơn. Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế nhưkim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rỉ rác và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rỉ rác. Sau đây là đặc trưng nước rỉ rác của một số quốc gia phát triển trên thế giới và một số BCL ở TP. Hồ Chí Minh - 17 - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rỉ rác bằng mô hình USBF Bảng 1.2. Đặc trưng nước rỉ rác của một số quốc gia phát triển Thông số Đơn vị Số mẫu kiểm tra Giá trị TB Sai số 6 5,6 0,13 pH(không đơn vị) COD mg/l 11 22850 1445 BOD 5 mg/l 11 16720 1940 Tổng Nitơ mg/l 10 490 100 NH 4 – N mg/l 11 370 18 Tổng P mg/l 10 9,1 3,5 PO 4 – P mg/l 11 0,45 0,54 Tổng rắn mg/l 11 15730 950 Tổng rắn hoà tan mg/l 11 15300 1100 Tổng rắn bay hơi mg/l 2 6190 - VAF mg/l 2 10100 - Ca2+ mg/l 9 1740 105 mgCaCO 3 /l 11 3850 360 mg/l 11 830 70 Độ cứng mgCaCO 3 /l 11 7420 305 Fe- tổng mg/l 10 940 100 Zn2+ mg/l 10 68 7,8 Ni+ mg/l 10 0.48 0.15 Mn2+ mg/l 10 59 5.8 Độ kiềm SO 4 2- Nguồn: Lancaster USA, 1992 - 18 -
- Xem thêm -